太阳能光电光热一体化组件及其太阳能热电联产系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种太阳能光电光热一体化组件及其太阳能热电联产系统，其特征是：包括一具有金属外框的光伏电池板，以及依次平行且重叠设置在光伏电池板背面的金属薄板式换热器和保温材料层；金属薄板式换热器和保温材料层通过金属固定夹快速固定在光伏电池板的金属外框内，可快速将标准的光伏电池板直接改造成光电光热一体化组件。本实用新型专利技术的光热光电一体化组件具有结构紧凑、效率高、压损小、重量轻巧、安装灵活、承压性高、耐腐蚀和低成本等特点。进而减少中低温太阳能热电系统的初投资和安装空间，降低系统的运行费用，适用于兼有热电需求的民用及工业场合。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
太阳能光电光热一体化组件及其太阳能热电联产系统
本技术涉及一种热电联产系统，特别涉及一种太阳能热电联产系统。
技术介绍
冷热电联产是一种建立在能量梯级利用概念基础上，将制热(或制冷)及发电过程一体化的总能系统。其能够对不同品质的能量进行梯级利用，温度比较高的、具有较大可用能的热能用来被发电，而温度比较低的低品位热能则被用来供热或是制冷。这样做不仅提高了能源的利用效率，而且减少了碳化物和有害气体的排放，具有良好的经济效益和社会效益。 太阳能热电联产系统中采用光伏电池与太阳能热水器相结合的方式实现，其中，普通光伏电池组件的转换效率一般约为5?18%，转化率低、成本高；且当光伏电池组件的工作温度逐渐升高后，其光电转换效率降低，并影响电池堆的使用寿命；因此国内在此领域的实际使用较少，主要处于研究领域。若及时将光伏电池冷却，不仅能有效利用转换过程所产生的余热，而且可提高光电转换效率，从而提高单位面积的太阳能综合利用效率，大大降低光伏光热的成本，有利于大规模推广。 此外，目前国内外的中低温光电光热技术品种繁多，按照冷却光伏电池的方法主要可分为风冷式和液冷式两种:风冷式光电光热技术一般是通过自然对流或者辅助机械通风利用室外空气对光伏电池进行冷却。液冷式光电光热技术一般是在常规太阳能集热器的基础上，贴敷上一层光伏电池实现热电联供，其又可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式以及热管式。 虽然中低温的光电光热技术种类较多，但却有着各自的缺点:风冷式光电光热技术的热利用效率非常低，主要原因是因为空气的热力学属性较差，因此该技术只能非常有限地提升光电效率和太阳能综合利用效率；而且在某些场合该技术受限于建筑通风系统，应用范围较小。 液冷式光电光热技术的热利用效率一般相对而言比较高，这是由于液体(通常是水、丙酮、氨等作为介质)的较高热力学属性决定的。不过该技术依然存在许多的缺陷:所采用的集热结构复杂、造价高，且与光电板的接触热阻非常大，经常需要利用导热硅胶或者额外的激光焊接基板、包裹基板来解决集热结构与光电板之间的接触问题；此外通常这类集热结构的肋片效率非常较低(一般每隔一段距离铺设一段管路)，并且工作介质的流动阻力(压力损失)一般较高。因此综上所述，该技术对光电效率和太阳能综合利用效率的提升能力亦有限，而且不适合大规模地工程推广。 因此研发一种结构简单紧凑、热效率高、压损小且易于推广的太阳能热电联产系统势在必行，经检索相关文献，未发现与本技术技术方案相同的太阳能热电联产系统。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、热效率高、压损小的太阳能热电联产系统，并能够方便现有太阳能热水系统的改造，降低成本，提高应用可行性。 为解决上述技术问题，本技术的技术方案为:一种太阳能光电光热一体化组件，其创新点在于:包括依次重叠设置的光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层；还包括一个用于安装光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层的金属外框，该金属外框由侧框以及与侧框背面的背框构成；光伏电池板固定在金属外框的侧框内，并与背框之间留有用于安装金属薄板式换热器和保温材料层的间隙；金属薄板式换热器为一个与光伏电池板背面整体接触的平面金属板体，所述平面金属板体由两片平行设置的金属薄板通过全密封焊接构成，并具有一个换热介质紊流通道，以及具有至少一个与换热介质紊流通道连通的工质进口和至少一个与换热介质紊流通道连通的工质出口；所述金属薄板式换热器和保温材料层通过金属固定夹与金属外框的背框配合快速固定在光伏电池板背面与金属外框之间；具体为:金属固定夹为一U形弹性金属件，保温材料层的侧边上分布有若干金属固定夹容纳腔，该U形弹性金属件内置于金属固定夹容纳腔；所述U形弹性金属件在金属薄板式换热器与保温材料层嵌入光伏电池板与背框之间后，一端抵住金属薄板式换热器，另一端抵住金属外框的背框，并通过弹性形变力将金属薄板式换热器的正面紧贴住光伏电池板的背面。 优选的，所述金属外框的侧框与背框可整体成形，也可以采用分体式，由螺栓或卡扣等连接固定。 优选的，所述金属薄板式换热器可通过连接管件依次串联或并联构成换热阵列。 优选的，所述平面金属板体的两片金属薄板中，一片为无波纹平面薄板，另一片为在内侧表面冲压成型出导流凸起或凸筋的波纹状薄板。 优选的，所述平面金属板体中的无波纹平面薄板紧贴光伏电池板背面，波纹状薄板紧贴保温材料层。 优选的，所述波纹状薄板为鼓泡式波纹，具体为:波纹状薄板的内侧面冲压成型有若干排均匀分布的导向凸起，且相邻排的导向凸起错开设置。 优选的，所述波纹状薄板为直条形波纹，具体为:波纹状薄板的内侧面自进液侧向出液侧冲压成型有若干相互平行设置的直条形导流凸筋，且所述相邻排导流凸筋的流道口错开设置。 优选的，所述波纹状薄板为人字形波纹，具体为:波纹状薄板的内侧面自进液侧向出液侧冲压成型有若干相互平行设置的人字形导流凸筋，所述相邻排导流凸筋的流道口错开设置。 优选的，在所述U形弹性金属件中抵住金属薄板式换热器的一端设置有金属薄片，该金属薄片的厚度小于U形弹性金属件的厚度，且连接有金属薄片的U形弹性金属件一端外表面与金属薄片外表面齐平。 还提供一种基于上述太阳能光电光热一体化组件的太阳能热电联产系统，其创新点在于:包括支架、太阳能光电光热一体化组件、工作介质循环系统和太阳能发电系统，太阳能光电光热一体化组件根据太阳高度角倾斜设置在支架上；其包括一具有金属外框的光伏电池板，以及依次平行且重叠设置在光伏电池板背面的金属薄板式换热器和保温材料层；太阳能发电系统包括太阳能充放电控制器、逆变器、蓄电池和并网逆变器，太阳能充放电控制器具有一个与太阳能光电光热一体化组件的光伏电池板接线端口电连接的充电接口，一个与蓄电池电连接的充放电接口，一个与并网逆变器连接的放电接口，以及一个与逆变器连接的放电接口 ；充电状态，由太阳能充放电控制器接通光伏电池板与蓄电池的连接，对蓄电池充电；用电状态，由太阳能充放电控制器根据光伏电池板与蓄电池的电压选用光伏电池板或蓄电池作为电源，并通过逆变器或并网逆变器放电；工作介质循环系统包括保温水箱、盘管换热器、循环泵、工质进口管路、工质出口管路，保温水箱内置一盘管换热器，盘管换热器的进液端通过工质进口管路与金属薄板式换热器的工质出口连通，盘管换热器的出液端通过工质出口管路与金属薄板式换热器的工质进口连通，工质出口管路上设置有循环泵，该循环泵由太阳能发电系统供电。 本技术的优点在于:金属薄板式换热器是由两片互相平行、一片具有不规则波纹表面的金属薄板相叠而成，板片之间形成不等截面的薄形流道，通过流通的工作介质与光伏电池背板直接进行热量交换。由于该换热器是平板式结构，可与光伏电池背板无缝贴合，完全消除了接触热阻的影响。在相同压力损失情况下，其传热系数比管板式集热结构高出3-5倍，热回收率可高达90%以上。 同时，金属固定夹采用铝合金、不锈钢等高强度金属一次压制成型的U形弹性金属件，具有良好的硬度、柔韧性、抗拉性、耐腐蚀、耐磨损等特点。该金属固定夹可将金属薄板式换热器直接扣牢在光伏电池的侧框与背板之间，实现换热结构与光伏电池背板的无缝紧密贴合，可实现现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于：包括依次重叠设置的光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层；还包括一个用于安装光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层的金属外框，该金属外框由侧框以及与侧框背面的背框构成；光伏电池板固定在金属外框的侧框内，并与背框之间留有用于安装金属薄板式换热器和保温材料层的间隙；金属薄板式换热器为一个与光伏电池板背面整体接触的平面金属板体，所述平面金属板体由两片平行设置的金属薄板通过全密封焊接构成，并具有一个换热介质紊流通道，以及具有至少一个与换热介质紊流通道连通的工质进口和至少一个与换热介质紊流通道连通的工质出口； 所述金属薄板式换热器和保温材料层通过金属固定夹与金属外框的背框配合快速固定在光伏电池板背面与金属外框之间；具体为：金属固定夹为一U形弹性金属件，保温材料层的侧边上分布有若干金属固定夹容纳腔，该U形弹性金属件内置于金属固定夹容纳腔；所述U形弹性金属件在金属薄板式换热器与保温材料层嵌入光伏电池板与背框之间后，一端抵住金属薄板式换热器，另一端抵住金属外框的背框，并通过弹性形变力将金属薄板式换热器的正面紧贴住光伏电池板的背面。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于:包括依次重叠设置的光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层； 还包括一个用于安装光伏电池板、金属薄板式换热器和保温材料层的金属外框，该金属外框由侧框以及与侧框背面的背框构成； 光伏电池板固定在金属外框的侧框内，并与背框之间留有用于安装金属薄板式换热器和保温材料层的间隙； 金属薄板式换热器为一个与光伏电池板背面整体接触的平面金属板体，所述平面金属板体由两片平行设置的金属薄板通过全密封焊接构成，并具有一个换热介质紊流通道，以及具有至少一个与换热介质紊流通道连通的工质进口和至少一个与换热介质紊流通道连通的工质出口； 所述金属薄板式换热器和保温材料层通过金属固定夹与金属外框的背框配合快速固定在光伏电池板背面与金属外框之间；具体为: 金属固定夹为一 U形弹性金属件，保温材料层的侧边上分布有若干金属固定夹容纳腔，该U形弹性金属件内置于金属固定夹容纳腔；所述U形弹性金属件在金属薄板式换热器与保温材料层嵌入光伏电池板与背框之间后，一端抵住金属薄板式换热器，另一端抵住金属外框的背框，并通过弹性形变力将金属薄板式换热器的正面紧贴住光伏电池板的背面。2.根据权利要求1所述的一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于:所述金属外框的侧框与背框可整体成形，也可以采用分体式，由螺栓或卡扣连接固定。3.根据权利要求1所述的一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于:所述金属薄板式换热器可通过连接管件依次串联或并联构成换热阵列。4.根据权利要求1所述的一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于:所述平面金属板体的两片金属薄板中，一片为无波纹平面薄板，另一片为在内侧表面冲压成型出导流凸起或凸筋的波纹状薄板。5.根据权利要求4所述的一种太阳能光电光热一体化组件，其特征在于:所述平面金属板体中的无波纹平面薄板紧贴光伏电池板背面，波纹状薄板紧贴保温材料层。6.根据权利要求4或5所述的一种太阳能光电光热一体化组件,其特征在于:所述波纹状薄板为鼓泡式波纹，具体为:波纹状薄板的内侧面冲压成型有若干排均匀分布的导向凸起，且相邻排的导向凸起错...

【专利技术属性】
技术研发人员：张行星，许鹰，徐吉浣，
申请(专利权)人：南通星昀能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32